CN109752605B - 一种界面真实空间电荷信号的求取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种界面真实空间电荷信号的求取方法，包括如下步骤：在校准场下测试空间电荷的干扰信号；将校准场下的干扰信号与系数K相乘，获取测试电场下的干扰信号值；将测试电场下的空间电荷信号减去测试电场下的干扰信号，得到真实空间电荷信号；其中系数K为测试电场与校准电场的比值，该方法有效的解决了双层绝缘介质中产生的干扰信号，提出了干扰信号正负方向的确定原则，并得到了干扰信号的计算表达式，为双层绝缘介质界面的空间电荷性能研究提出了简单而有效的新方法，为绝缘设计提供了技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及空间电荷测试技术领域，具体为一种界面真实空间电荷信号的求取方法。
背景技术
目前，研究人员主要从事于单层绝缘介质的空间电荷性能研究，很少关注双层介质的空间电荷性能；事实上，绝缘介质界面的空间电荷累积也是不可忽视的因素，它的存在给绝缘系统的研究带来了不利的影响。例如，在研究直流电缆绝缘材料或直流电缆附件绝缘材料的过程中，研究人员通过必须分析材料的空间电荷性能，并在材料内部添加空间电荷抑制剂可达到抑制空间电荷累积的目的；但在研究直流电缆附件的过程中，由于直流电缆绝缘和附件绝缘组成了双层绝缘介质，其界面的空间电荷较易累积，故此界面是整个附件设计的薄弱环节而更易发生击穿现象。此现象早被研发人员掌握，但一直找不出界面空间电荷分析的有效方法，更无法对此进行改进。
少数研究者在研究双层绝缘介质空间电荷性能的时候，忽视了其形成机理，仅简单地将介质界面的信号认作是真实空间电荷引起的信号；其实，由空间电荷测试系统得到的界面信号并不完全是由空间电荷所产生的，它还包括其它因素形成的干扰信号；这样，无法有效地识别界面的真实空间电荷，不利于绝缘界面性能研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种界面真实空间电荷信号的求取方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种界面真实空间电荷信号的求取方法，包括如下步骤：
在校准场下测试空间电荷的干扰信号；
将校准场下的干扰信号与系数K相乘，获取测试电场下的干扰信号值；
将测试电场下的空间电荷信号减去测试电场下的干扰信号，得到真实空间电荷信号；其中系数K为测试电场与校准电场的比值。
优选的，所述测试空间电荷干扰信号的校准场为不产生空间电荷的校准场。
优选的，所述干扰信号是由界面两种材料介电常数差异而产生的信号。
优选的，所述真实空间电荷是界面的真实空间电荷在激光压力波的扰动下在外电路所产生的信号，其中界面的真实空间电荷包括离子和电子。
优选的，所述干扰信号电流的表达式为：
（1）其中：
为压力波幅值，v为波速，τ为压力波脉宽，
为试样电容，
为与材料性质相关常数，
为材料杨氏模量，
为
处场强，介电常数为
，介电常数为
，
和
为试样厚度。
优选的，所述干扰线号的电流表达式（1）是根据空间电荷信号电流的表达式（2）简化而来的,所述空间电荷电流的表达式为：
（2），简化步骤：
，其中
，
，进一步推导出，
，（1），其中，
为压力波幅值，v为波速，τ为压力波脉宽，
为试样电容，
为与材料性质相关常数，
为材料杨氏模量，
为x处场强。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该双层绝缘介质界面真实空间电荷信号的求取方法有效的解决了双层绝缘介质中产生的干扰信号，提出了干扰信号正负方向的确定原则，并得到了干扰信号的计算表达式，为双层绝缘介质界面的空间电荷性能研究提出了简单而有效的新方法，为绝缘设计提供了技术支撑。
附图说明
图1为真实空间电荷信号产生示意图；
图2为压力波方向与外加电场方向关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种实施例：一种界面真实空间电荷信号的求取方法，包括如下步骤：
在校准场下测试空间电荷的干扰信号；
将校准场下的干扰信号与系数K相乘，获取测试电场下的干扰信号值；
将测试电场下的空间电荷信号减去测试电场下的干扰信号，得到真实空间电荷信号；其中系数K为测试电场与校准电场的比值。
真实空间电荷信号指存在于界面的真实空间电荷在激光压力波的扰动下而在外电路所产生的信号，这部分信号能够反映界面空间电荷的积累程度，有利于界面电场的研究及绝缘结构设计。干扰信号是指由于界面两种材料介电常数差异而引起的信号，它是不利于双层绝缘界面空间电荷分析的，需要剔除的信号。
在本实施中，测试空间电荷干扰信号的校准场为不产生空间电荷的校准场。
在本实施中，干扰信号是由界面两种材料介电常数差异而产生的信号。
在本实施中，真实空间电荷是界面的真实空间电荷在激光压力波的扰动下在外电路所产生的信号，其中界面的真实空间电荷包括离子和电子。
在本实施中，干扰信号电流的表达式为：
（1）其中：
为压力波幅值，v为波速，τ为压力波脉宽，
为试样电容，
为与材料性质相关常数，
为材料杨氏模量，
为
处场强，介电常数为
，介电常数为
。为确定干扰信号的正负方向如图2，
可对式（1）进行变换并表示为（3）
式中，规定压力波方向为正方向，若外加电场方向与压力波方向（激光方向）一致，则E前面符合为正，反之为负，
在本实施中，干扰线号的电流表达式（1）是根据空间电荷信号电流的表达式（2）简化而来的,所述空间电荷电流的表达式为：
（2），简化步骤：
，其中
，
，进一步推导出，
，（1），其中，
为压力波幅值，v为波速，τ为压力波脉宽，
为试样电容，
为与材料性质相关常数，
为材料杨氏模量，
为x处场强，
和
为试样厚度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (4)
1.一种界面真实空间电荷信号的求取方法，其特征在于，包括如下步骤：
在校准场下测试空间电荷的干扰信号；干扰信号电流的表达式为：
将校准场下的干扰信号与系数K相乘，获取测试电场下的干扰信号值；
将测试电场下的空间电荷信号减去测试电场下的干扰信号，得到真实空间电荷信号；其中系数K为测试电场与校准电场的比值；U为外加电压；p0为压力波幅值，ν为波速，c0为试样电容，A为与材料性质相关常数，Y为材料杨氏模量，ε2和ε1为界面两侧介质的介电常数，d1和d2为界面两侧介质对应部分的试样厚度。
2.根据权利要求1所述的一种界面真实空间电荷信号的求取方法，其特征在于，测试空间电荷干扰信号的校准场为不产生空间电荷的校准场。
3.根据权利要求1所述的一种界面真实空间电荷信号的求取方法，其特征在于，所述干扰信号是由界面两种材料介电常数差异而产生的信号。
4.根据权利要求1所述的一种界面真实空间电荷信号的求取方法，其特征在于：所述干扰信号电流的表达式是根据空间电荷信号电流的表达式(2)推导而来的,所述空间电荷信号电流的表达式为：
推导步骤：
其中Δx＝vτ，ΔE(x)＝E2(x)-E1(x)，进一步推导出，
其中，p0为压力波幅值，ν为波速，τ为压力波脉宽，c0为试样电容，A为与材料性质相关常数，Y为材料杨氏模量，E1(x)和E2(x)为界面两侧介质对应部分的x处场强。
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